Blog sur la science à bord: instruments, méthodes & métiers

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Dans cette page vous pourrez lire les articles suivants:

• « Pas de RESILIENCE sans interdisciplinarité » de Guerric Barrière
• « Le mouillage parfait pour l’étude des interactions bio-physiques existe-t-il ? » de Salomé Pellé
• « Comment se déroule une CTD sur la mission RESILIENCE ? » de Lucas Zaccagnini
• « Rétrospective de l’alliance ingénierie-recherche lors d’une campagne scientifique » de Eugénie Dufour
• « Un petit organisme pour l’homme, un grand pas pour la science !’ de Alycia Valvandrin

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Pas de RESILIENCE sans d’interdisciplinarité

Guerric Barrière

11 mai 2022 – Marion Dufresne

Eddies are in the center of the RESILIENCE mission. These complex oceanographic features are mis-understood by the scientific community, especially in the Mozambique channel and across the South African coast. Many scientific teams work on this mission and aim to better understand the eddy life cycle and his influence on biology at different scales. We have all the image of the scientist, alone, in his lab with tubes and chemical solutions. But on an oceanographic mission, it’s different and the RESILIENCE mission shows it perfectly by its multidisciplinary nature and the relationships between the different teams. 10 teams and members of the crew are working together following the same goal.

Let’s see what’s going on in this oceanographical ant farm…

….The physical team is mainly responsible for planning the stations and performing the deployment of the rosette. They collect and analyse the satellite data in real time and identify the most interesting locations for sampling during the daily meetings. Some time before arriving at the station, a trawl net is deployed at the back of the boat to study the micro-nekton. The sampling depth is decided just beforehand thanks to the acoustic profiles provided by the probes under the boat: the EK80 instrument which is using active acoustics for observing distribution of organisms in the water column along the ship’s trajectory. Once at the station, the rosette, a metal frame with Niskin bottles attached, which is equipped with a CTD (conductivity, temperature and density) probe and different sensors (measuring fluorescence, turbidity, currents etc.), is deployed in the water in order to take vertical profiles of the different tracers and to sample the water at different depths. During the RESILIENCE mission, the rosette is also equipped with a device to record acoustic signals laterally, the data collected will be used by the meso-zooplankton and micro-nekton teams. The different depths sampled by the rosette are decided by members of the different scientific teams after analysis of the profiles drawn up during the descent. On the way back up, water samples are taken by the CO₂ team, whose data will also be used by the phytoplankton team to determine whether the fluorescence observed can be attributed to new production or just to transport. Other samples are taken to determine the salinity, oxygen and nutrient concentration. The phytoplankton team then takes samples to quantify particulate organic carbon, silica and chlorophyll and the environmental DNA team does the same to determine the composition of the nekton. The fluoroprobe and the phytoplankton net are then put in the water so that the phytoplankton team could study the composition of the communities by discriminating the large groups on a vertical profile and observe the species composition. Finally, a zooplankton net called the ‘multi-net’ is deployed at the back of the boat. This sample organisms at different depths.

Outside of stations, continuous measurements to establish vertical profiles for different tracers are carried out by certain devices such as the MVP (mobile vessel profiler) and the scan-fish. Another device called the geoFISH takes samples from surface water for trace metals team: this sample need to be particulalry « clean » in order to do not distort measurements of trace metals which are in very low concentrations (between 10^-12 and 10^-9 mol.kg^-1). When the boat is in motion, the marine mammals and seabirds teams scans the ocean. In addition, different moorings were deployed during the mission to monitor the continuous evolution of oceanographic parameters at a special place (you can get an overview of the the two mooring deployed during our cruise, the BOMBYX and the WireWalker, in the CV of a machine page or discover the BOMBYX mooring in the following article). Results will then be shared between the teams. Of course, all these operations would not be possible without the help of the crew members and the IFREMER engineering team who are doing a great job despite the complicated conditions.

Let’s finish with a citation of Anne LEBOURGES-DHAUSSY : “I choose team working without hesitation, working alone is not possible in oceanography”. Are you convinced ? See the CV of a machine page for more information on the different instruments used during our mission.

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Salomé Pellé

Le mouillage parfait pour l’étude des interactions bio-physiques existe-t-il ?

11 mai 2022 – Marion Dufresne

Après 20 jours de navigation en mer dans le canal du Mozambique, les étudiants de l’Université flottante sont maintenant habitués à la vie à bord. Les tourbillons n’ont PRESQUE plus de secrets pour nous. Lors du premier Leg, nous avons effectué des mesures et des prélévements d’eau près de l’atoll français Bassas da India.

Ce mouillage est composé d’une série d’instruments fixés à un très long fil d’acier lesté à une extrémité (à l’aide de vieux rails de train provenant de Marseille, sans blague !) pour le maintenir au fond de l’océan. L’autre extrémité est équipée de flotteurs pour s’assurer que le fil reste tendu tout en restant dans la subsurface.

Le déploiement de ce mouillage de 1 km de long a pris plus de 6 heures. L’opération a été délicate car il fallait cibler un endroit précis pour s’assurer que la profondeur était exactement la même que celle prévue.

Quelques jours après le déploiement, l’équipe de physique a eu peur que JASMINE (tempête tropicale) ne détache l’amarre. Heureusement, cela n’a pas été le cas. Pour faire face à ces aléas, une balise Argos est placée près de la surface de l’amarre pour envoyer un signal en cas de rupture. Nous croisons les doigts pour que l’équipe obtienne de nombreuses données passionnantes qui permettront d’expliquer les interactions bio-physiques qui se produisent dans cette zone.

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Comment se déroule une CTD sur la mission RESILIENCE ?

Lucas Zaccagnini

11 mai 2022 – Marion Dufresne

La CTD est le cœur d’une campagne océanographique, et du travail des chasseurs d’eau, également appelés océanographes. Mais comment fonctionne-t-il et en quoi cela consiste-t-il ? Tout d’abord, les chefs de mission, appelés PI (de l’anglais Principal Investigator), ont la responsabilité (et le pouvoir) de déterminer l’emplacement de la station (une station est un point fixe dans l’espace que nous voulons étudier en déployant des instruments). Dans notre cas, un tourbillon est détecté par des mesures satellitaires et les stations sont placées à différents endroits afin d’échantillonner au mieux les processus qui se produisent autour de cette structure. Comme les tourbillons sont mobiles, les stations le sont aussi. En effet, la position des stations est continuellement adaptée aux mouvements du tourbillon qui sont suivis à l’aide d’images satellites (lorsqu’elles sont disponibles, car elles dépendent de la couverture nuageuse) ou de données acquises à bord à l’aide de dispositifs d’échantillonnage en continu (par exemple, thermosalinographe, profileur vertical mobile). Une fois que le capitaine arrive à la station, l’équipage commence le positionnement dynamique. Il s’agit d’un système qui permet au bateau de rester au même endroit pendant toute l’opération, malgré les vagues, le courant et le vent. Un ordinateur contrôlant les deux hélices et le propulseur d’étrave ajuste en temps réel la puissance de ces trois éléments pour conserver la même position GPS. Cela permet de ne pas casser les instruments dans l’eau et de ne pas fausser les mesures.

Ce que l’on appelle « faire un CTD » consiste à mettre à l’eau une grande sonde, la « rosette » (celui-ci est le vrai nom de cet appareil, mais il est souvent rebaptisé « CTD » en raison des capteurs de Conductivité, Température et Profondeur qui y sont déployés). En effet, cette sonde est composée d’un grand cadre métallique sur lequel sont montés plusieurs bouteilles de niskin, les capteurs CTD, ainsi que des capteurs de fluorescence, de turbidité et des instruments acoustiques active pour mesurer les courants (les Acoustic Doppler Current Profilers, ADCP). Dans le cas de la mission RESILIENCE, un profileur acoustique de zooplancton (analysant la distribution du micronecton et du mésozooplancton à l’aide de techniques d’acoustique active) et un profileur vidéo sous-marin (prenant des photos du zooplancton) sont ajoutés à la rosette afin d’avoir des observations plus complètes des organismes de la colonne d’eau.

Une fois la rosette mise à l’eau, elle sera descendue par treuil à une certaine profondeur, puis lors de la remontée, plusieurs arrêts seront effectués à des profondeurs spécifiques pour fermer les bouteilles de niskin. Les bouteilles de Niskin sont placées dans l’eau ouvertes et sont fermées aux profondeurs souhaitées par les scientifiques grâce au câble électro-porteur qui maintient la rosette. Les différentes profondeurs sont choisies à partir des profils descendants obtenus en temps réel par les capteurs déployés sur la rosette (en température, salinité, mais aussi fluorescence et turbidité).

Une fois la rosette revenue sur le pont, les marins la fixent et donnent aux scientifiques la permission de prélever de l’eau dans les bouteilles de Niskin. Le scribe est un scientifique chargé de coordonner les échantillons, car chaque équipe a besoin d’un volume d’eau précis et certains types d’échantillons doivent être prélevés en premier. L’eau pour les mesures de CO2 et d’oxygène dissous doit être prélevée en premier, car dès que l’eau de la bouteille entre en contact avec l’air, la concentration des gaz dissous peut changer. Plus vite vous prélevez l’échantillon, plus vous limitez la contamination de l’eau par les gaz dissous. Vient ensuite l’échantillonnage pour l’ADN environnemental, qui nécessite un masque et des gants afin de ne pas contaminer l’eau avec son propre ADN. Les échantillons destinés à l’étude du phytoplancton sont prélevés en dernier. Une fois l’échantillonnage terminé, les équipes scientifiques commencent leurs manipulations pour sécuriser leurs échantillons ou pour effectuer leurs mesures directement à bord. Les scientifiques en veille CTD rincent ensuite la rosette et protègent les différents capteurs.

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Rétrospective de l’alliance ingénierie-recherche lors d’une campagne scientifique

Eugénie Dufour

11 mai 2022 – Marion Dufresne

De plus, l’ingénierie rend les mesures beaucoup plus automatiques, ce qui facilite l’acquisition des données, comme la salinité, la profondeur, la température, l’échantillonnage des métaux traces… Dans l’analyse du phytoplancton par exemple, il existe un instrument appelé fluoroprobe qui, grâce à la fluorescence des pigments des organismes phytoplanctoniques, permet d’analyser la proportion des groupes taxonomiques de phytoplancton dans la colonne d’eau, le tout de manière automatisée et sans observation au microscope.

J’ai été impressionnée par l’habilité des ingénieurs (ou pour mieux dire, leur ingénieusité), tant sur le bateau, où ils trouvent toujours une solution aux (nombreux) problèmes que nous rencontrons avec les instruments, qu’à terre, où ils imaginent une grande variété d’instruments sophistiqués pour échantillonner différentes choses, parfois sur la base des découvertes faites par les chercheurs.

Mais même avec toutes ces mesures automatisées, il est fascinant de voir comment l’esprit humain et l’habileté manuelle ne peuvent être facilement remplacés. Nous avons eu la chance de rencontrer de nombreux scientifiques et membres d’équipage qui sont passionnés par leur travail et par les nombreuses questions auxquelles ils font face. Ceci est le cas pour Fernando Gomez, taxonomiste et chercheur en phytoplancton, qui travaille sur la distribution et l’activité des microalgues : comment le phytoplancton évolue-t-il dans les eaux oligotrophes ? Pourquoi y a-t-il autant de symbioses dans ces eaux ? Toutes les espèces sont-elles actives en même temps ? et que dire du paradoxe du plancton ? En effet, de nombreuses symbioses sont observées dans les eaux oligotrophes telles que celles de l’Océan Indien où nous nous sommes rendus. Les nutriments y sont rares et la coopération est donc un moyen pour les organismes de survivre. Par exemple, les ciliés et les diatomées peuvent s’associer pour gagner en mobilité et se protéger des prédateurs.

En outre, Fernando travaille sur l’identification d’espèces rares dans les échantillons prélevés en mer afin de séquencer leur ADN. C’est très impressionnant de voir comment il tord une pipette en verre avec un bec Bunsen pour ensuite aspirer et isoler des organismes d’environ 20µm.

Un autre domaine dans lequel l’homme ne peut être totalement remplacé (pour le moment ?) est l’observation visuelle. Même si certains drones et hydrophones sont utilisés pour l’étude de la mégafaune, soit pour échantillonner le souffle des baleines (avec une bonne dose d’espoir), soit pour détecter les vocalisations des mammifères, l’oeil humain ne peut toujours pas être remplacé pour repérer et identifier les mammifères marins ou les oiseaux de mer. Il est difficile d’imaginer des yeux artificiels étourdis par la première rencontre inattendue avec un fou à pieds rouges se mettant à suivre le navire. De même, il est difficile d’imaginer des yeux artificiels surexcités par la vue de dauphins ou de thons surfant à côté du bateau, profitant du courant créé par le Marion Dufresne.

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Un petit organisme pour l’homme, un grand pas pour la science !

Alycia Valvandrin

9 mai 2022 – Marion Dufresne

Lors de la campagne océanographique RESILIENCE, tous les organismes intéressent les chercheurs : de la plus grande baleine aux plus petits organismes du plancton. Le plancton est tout organisme vivant qui ne peut se déplacer volontairement à l’horizontale dans l’océan, et dont les mouvements dependent de processus dynamiques (circulation, ondes etc). Ce plancton est étudié par deux équipes sur le Marion Dufresne : l’équipe phytoplancton et l’équipe zooplancton.

Même si ces organismes ne sont pas visibles à l’œil nu (à l’exception de certains zooplanctons visibles sur la figure 1), leur importance n’est plus remise en question. Le phytoplancton est à la base des différents réseaux alimentaires. En effet, ce sont des producteurs primaires qui utilisent la matière minérale et l’énergie du soleil pour créer leur propre matière organique : c’est cette matière organique qui sera la première à entrer dans les réseaux alimentaires, assurant ainsi la survie de tous les autres organismes, qu’ils soient tout petits comme le zooplancton, ou gigantesques comme la baleine à bosse.

Récupéré dans des filets appelés phytonet et multinet (Figure 3 et 4), le plancton est soit analysé sur place (pour le phytoplancton), soit conservé dans du formaldéhyde pour être analysé de nouveau à terre (pour le zooplancton).

Fernando Gomez étudie la composition en espèces du phytoplancton en les observant au microscope. Connaissant la plupart des espèces de phytoplancton et leur répartition, il peut dire si la couche d’eau qui a été échantillonnée est mélangée verticalement ou non. Par exemple, Triposolenia bicornis est une espèce de phytoplancton d’eau profonde qui a été trouvée dans un échantillon. Comme les échantillons ont été prélevés dans des eaux peu profondes, il a pu en déduire que si des espèces d’eau profonde se trouvaient à ce niveau de la colonne d’eau, c’est que cette colonne d’eau avait subi un mélange ! La présence également de larves de gastéropodes ou de polychètes indique la présence de la côte non loin d’ici.

En plus de l’identification des espèces présentes dans les échantillons, permettant de tirer des conclusions sur la biocénose (= l’ensemble des organismes interdépendants vivant et interagissant entre eux dans le même habitat) mais aussi sur les conditions physiques qu’elle implique, d’autres éléments liés au plancton peuvent être analysés dans la compréhension des mécanismes biologiques. Par exemple, les boulettes fécales des copépodes sont fréquemment observées. On peut se demander pourquoi les copépodes excrètent des boulettes fécales qui vont tomber dans la colonne d’eau et impliquer une perte considérable de nutriments ? Plusieurs hypothèses sont aujourd’hui avancées :

• Premièrement, il est possible que l’excrétion de ses déchets sous forme de boulettes fécales permette d’éviter que les prédateurs ne soient attirés par l’endroit même où vit le copépode ;
• Deuxièmement, la membrane où ses boulettes sont créées pourrait être une protection contre les composés toxiques ;
• Troisièmement, la libération d’une boulette fécale pourrait être un atout lorsque le copépode veut contrôler sa densité, comme lors de la migration verticale dans la colonne d’eau. En effet, les organismes zooplanctoniques peuvent difficilement se déplacer activement horizontalement, mais sont connus pour leurs importantes migrations verticales, pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres de déplacement vertical.

Sachant que le copépode est l’un des animaux les plus abondants de la planète, on peut au moins affirmer que cette stratégie est payante, quel que soit le problème ! Comme vous pouvez le constater, de nombreuses conclusions peuvent être tirées du plancton, d’où leur intérêt par les scientifiques pendant cette mission océanographique !

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